JP2000346803A - 画像情報読取装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蛍光色素で標識された生体由来物質が配置さ
れた試料から、高速に画像情報を読取る。 【解決手段】 試験片１を載置する試料台２０と、レー
ザ光Ｌの照射により試験片１から発生する蛍光を読取る
光学ヘッド５０とをエンドレスベルト６１に取付ける。
エンドレスベルト６１はモータ６４により駆動されて、
試料台２０と光学ヘッド５０とが互いに異なる方向に移
動する。これにより、光学ヘッド５０と試料台２０との
相対的な移動速度を高速化することができ、試験片１か
らの画像情報の読取りを高速に行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蛍光色素で標識さ
れた生体由来物質が分布する試料から生体由来物質の分
布を表す画像情報を取得する画像情報読取装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、生化学・分子生物学分野にお
いては、蛍光色素を標識物質として使用した蛍光検出
（fluorescence) システムが知られている。このシステ
ムによれば、蛍光色素で標識された生体由来物質が分布
したゲル等の試料に係る蛍光画像情報を光電的に読取る
ことにより、遺伝子配列、遺伝子の発現レベル、実験用
マウスにおける投与物質の代謝・吸収・排泄の経路・状
態、タンパク質の分離・同定、あるいは分子量、特性の
評価などを行うことができる。

【０００３】例えば、懸濁液中の生細胞や溶液中の生物
学的化合物（タンパク質など）をその電荷によって電場
中を陽極または陰極に移動させる電気泳動により、複数
のＤＮＡ断片を含む溶液中に蛍光色素を加えた後、複数
のＤＮＡ断片をゲル支持体上で電気泳動させ、あるいは
蛍光色素を含有させたゲル支持体上で複数のＤＮＡ断片
を電気泳動させ、あるいは複数のＤＮＡ断片をゲル支持
体上で電気泳動させた後にこのゲル支持体を蛍光色素を
含む溶液に浸すなどして、蛍光で標識されたＤＮＡ断片
が分布したゲル支持体を得、これに、標識物質として用
いられた蛍光色素を励起せしめる励起光を照射して、ゲ
ル支持体上で発光する蛍光を光電的に読取り、これによ
り蛍光で標識されたＤＮＡ断片の分布を表す画像情報を
取得し、得られた画像情報に基づいてＣＲＴ等の表示部
に可視画像（上記分布画像（蛍光画像））を表示するこ
とにより、ＤＮＡ断片の分子量などの評価を行うことが
できる。

【０００４】そして上述したゲル支持体に励起光を照射
し、蛍光を光電的に読取って画像情報を得、得られた画
像情報に基づいて蛍光画像を表示装置に表示する画像情
報読取装置が、生化学・分子生物学分野において広く普
及している。

【０００５】ところで、この画像情報読取装置における
励起光の照射は、回転多面鏡とｆθレンズを用いて走査
することが一般的であるが、本願出願人は、光源から出
射された励起光を通過せしめてゲル支持体（試料）に励
起光を照射せしめる透孔が一部に形成された、試料の、
励起光の照射面から出射した蛍光を反射して光電読取手
段に導光せしめるミラーを有する光学ヘッド、およびこ
の光学ヘッドを試料に対して等速移動せしめる走査手段
を備えた光学ヘッド走査方式の画像情報読取装置を提案
している（特開平10−3134号等）。

【０００６】このような画像情報読取装置によれば、試
料を２次元状に走査するために、光学ヘッドを試料に対
して主走査方向に移動し、１回の主走査が終了した後に
光学ヘッドを副走査方向に移動し、この主走査と副走査
とを繰り返して画像情報の読取りを行っている。ここ
で、光学ヘッドは上記主走査方向に延在するように配設
されるとともに、モータに接続されたプーリーにより駆
動されるエンドレスベルトに取付けられており、モータ
によりエンドレスベルトを駆動することによって、光学
ヘッドが主走査方向に移動される。なお、試料を光学ヘ
ッドに対して移動せしめる主走査手段を備えた試料走査
方式の画像情報読取装置も提案されているが、この場合
は試料を配置する配置台がエンドレスベルトに取付けら
れており、このエンドレスベルトを駆動することにより
試料配置台が光学ヘッドに対して主走査方向に移動され
ることとなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したようにエンド
レスベルトを用いれば、比較的簡易な構成により光学ヘ
ッドあるいは試料配置台を主走査方向に移動することが
できる。また、エンドレスベルトを駆動するモータの回
転数を大きくすれば、光学ヘッドあるいは試料載置台を
高速に移動することができるため、試料からの画像情報
の読取りの高速化を図ることができる。しかしながら、
エンドレスベルトを用いた主走査方式においては、あま
りに高速にエンドレスベルトを駆動すると、エンドレス
ベルトがプーリーから外れてしまったり等するため、そ
の構成上駆動速度の高速化に限界があり、試料からの画
像情報の読取りをより高速に行うことができない。

【０００８】本発明は上記事情に鑑みなされたものであ
り、試料からの画像情報の読取りをより高速に行うこと
ができる画像情報読取装置を提供することを目的とする
ものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による画像情報読
取装置は、蛍光色素で標識された生体由来物質が分布す
る試料が所定の位置に配置された試料配置部と、前記蛍
光色素を励起せしめる励起光を出射する励起光源と、前
記蛍光色素から発光する蛍光を光電的に読取る光電読取
手段と、前記試料に該励起光を照射せしめるとともに、
前記試料の該励起光の照射面から出射した前記蛍光を前
記光電読取手段に導光せしめる光学ヘッドと、該光学ヘ
ッドおよび前記試料配置部を互いに逆方向に移動せしめ
る主走査手段と、前記試料配置部を前記光学ヘッドおよ
び前記試料配置部の移動方向と直交する方向に移動せし
める副走査手段とを備えたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】ここで、試料配置部は、主として試験片を
載置する試料台などを含むものであり、試料台を用いた
構成においては、試験片の一方の面が試料に接する載置
面となる。この場合、試料台は光学的に透明、すなわち
少なくとも蛍光を透過し得る材料により形成されている
ことを要する。一方、試料台を用いることなく、試料の
四隅だけを支持して配置する構成の載置部であれば、そ
の載置部自体が光学的に透明であることを要するもので
はない。

【００１１】生物体由来物質とは、広く生体に係る物質
であって、例えばホルモン類、腫瘍マーカ、酵素、タン
パク質、核酸、抗体、抗原となり得る種々の物質等、さ
らには各種ｃＤＮＡ、ｍＲＮＡを含むものを意味する。

【００１２】励起光は、レーザ光を始めとして、蛍光色
素を励起させるのに適した光を指すものである。

【００１３】光電読取手段としては、蛍光等の微弱な光
を感度よく検出し得る光電子増倍管（フォトマルチプラ
イヤ；ＰＭＴ）などを適用するのが好ましいが、これに
限るものではなく、冷却ＣＣＤなどの公知の光電読取手
段の適用を妨げるものではない。

【００１４】なお、本発明による画像情報読取装置にお
いては、前記主走査手段および前記副走査手段が同一の
駆動手段により駆動されるものであることが好ましい。

【００１５】また、本発明による画像情報読取装置にお
いては、前記光学ヘッドに対する移動が禁止された固定
試料配置部をさらに備えることが好ましい。

【００１６】さらに、本発明による画像情報読取装置に
おいては、前記主走査手段は、前記光学ヘッドおよび前
記試料配置部が互いに逆方向に移動可能なように取付け
られたエンドレスベルトと、該エンドレスベルトを駆動
するベルト駆動手段とを備えてなることが好ましい。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、主走査手段により光学
ヘッドおよび試料配置部が互いに逆方向に移動され、こ
れにより試料の主走査が行われることとなる。したがっ
て、光学ヘッドあるいは試料のみを主走査方向に移動す
るものと比較して、光学ヘッドと試料との相対的な主走
査速度をより高速にすることができ、これにより試料か
らの画像情報の読取りをより高速に行うことができる。

【００１８】また、主走査手段および副走査手段の駆動
手段を同一のものとすることにより、単一の駆動手段に
より主走査および副走査を行うことができるため、装置
の構成を簡易なものとすることができる。

【００１９】さらに、光学ヘッドに対する移動が禁止さ
れた固定試料配置部を設けることにより、試料を固定試
料配置部に配置すれば、試料が光学ヘッドに対して移動
することがなくなるため、生体由来物質が非常に粘度が
低いものである場合に、生体由来物質が主走査により流
れ落ちてしまうことを防止することができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
形態について説明する。

【００２１】図１は本発明の実施形態による画像情報読
取装置の構成を示す斜視図、図２は図１に示す画像情報
読取装置のＡ方向矢視図、図３は図１に示す画像情報読
取装置のＢ方向矢視図、図４は図１に示す画像情報読取
装置の副走査手段の構成を示す概略図である。

【００２２】図示の画像情報読取装置は、蛍光色素で標
識された生体由来物質が分布する試験片１の四辺を支持
する試料台２０と、上記蛍光色素を励起する波長帯域の
レーザ光Ｌを出射するレーザ光源３０と、レーザ光源３
０から出射されたレーザ光Ｌを細いビームにするレンズ
３１と、試験片１の蛍光色素が励起されて発光した蛍光
Ｋ１を光電的に検出するフォトマルチプライヤ（以下、
ＰＭＴという）４０と、レーザ光Ｌを試料台２０上に載
置された試験片１に照射させるとともに、この照射によ
り試験片１から出射する蛍光Ｋ１をＰＭＴ４０に導光さ
せる光学ヘッド５０と、光学ヘッド５０からＰＭＴ４０
までの光路上に配設されたレーザ光カットフィルタ４１
と、試料台２０および光学ヘッド５０を互いに逆方向、
例えば試料台２０を矢印Ｘ１方向、光学ヘッド５０を矢
印Ｘ２方向（以下Ｘ１、Ｘ２両方向を総称してＸ方向と
する）に移動させる主走査手段６０と、試料台２０を矢
印Ｙ方向（矢印Ｘ方向に直交する方向）に移動させる副
走査手段８０と、ＰＭＴ４０により検出された検出信号
を対数増幅する増幅器４２と、この増幅された検出信号
をＡ／Ｄ変換してデジタル信号とするＡ／Ｄ変換器４３
とを備えた構成である。

【００２３】ここで、レーザ光源３０から出射するレー
ザ光Ｌは矢印Ｘ方向に沿った向きに出射され、またＰＭ
Ｔ４０は矢印Ｘ方向に沿って入射する蛍光Ｋ１を検出す
るように、それぞれ配置されている。

【００２４】図２に示すように、光学ヘッド５０は、矢
印Ｘ方向に進む細いビーム状のレーザ光Ｌを、試験片１
に直交する方向（図示において上方向）に反射させる平
面ミラー５１と、この反射されたレーザ光Ｌを通過させ
る程度の大きさの小孔５２ａが形成され、試験片１の、
レーザ光Ｌ照射位置から下方に出射した蛍光Ｋ１の大部
分を矢印Ｘ方向に反射させてＰＭＴ４０に入射せしめる
孔開きミラー５２と、試験片１の面から拡がって出射し
た蛍光Ｋ１を略平行なビームとするレンズ５３とを一体
的に構成したものである。

【００２５】レーザ光カットフィルタ４１は、レーザ光
Ｌが試験片１や試料台２０などで散乱・反射し、その一
部が、蛍光Ｋ１と共にＰＭＴ４０方向に進行した場合に
も、その一部がＰＭＴ４０に入射するのを防止するため
に、蛍光Ｋ１は通過させるが、レーザ光Ｌは通過させな
いように帯域制限されたフィルタである。

【００２６】主走査手段６０は、プーリー６２，６３を
介して矢印Ｘ方向に延在するように配設されたエンドレ
スベルト６１と、プーリー６２を回転することによりエ
ンドレスベルト６１を駆動するモータ６４と、モータ６
４の回転数を検出するロータリーエンコーダ６５とを備
える。エンドレスベルト６１には図示において上側に試
料台２０が取付けられ、図示において下側に取付部５６
を介して光学ヘッド５０が取付けられる。なお、エンド
レスベルト６１の試料台２０が取付けられる部分には、
図３のＣ方向矢視図である図５に示すように凸部６１
Ａ，６１Ｂが形成されており、この凸部６１Ａ，６１Ｂ
に試料台２０に形成された凹部２０Ａ，２０Ｂが嵌合す
ることにより、試料台２０がエンドレスベルト６１に取
付けられる。また、凸部６１，１６Ｂおよび凹部２０
Ａ，２０Ｂにより、試料台２０はエンドレスベルト６１
に対して、その移動方向と直交する方向に移動可能とさ
れている。また、モータ６４の駆動は、ロータリーエン
コーダ６５および不図示の制御手段により制御される。

【００２７】図４に示すように、副走査手段８０は、矢
印Ｘ方向に延在するように配設されたレール８２，８３
を介して試料台２０を矢印Ｘ方向に移動可能に載置する
載置台８１と、モータ６４の回転軸に取付けられたギア
８５と、ギア８５と噛合するギア８６と、ギア８６に取
付けられるとともに載置台８１に形成されたネジ孔８７
と螺合する送りネジ８８と、送りネジ８８のギア８６が
取付けられた側とは反対側の端部を支持する軸受９０と
からなる。ここで、ギア８５は、プーリー６２が図２に
おいて時計回り方向に回転するときにのみモータ６４の
駆動力を送りネジ８８に伝達するワンウェイクラッチ８
９を介して、モータ６４の回転軸に取付けられている。
また、載置台８１は、基台１００上において矢印Ｙ方向
に延在するように配設されたレール１０４，１０５（図
３参照）上に配置されて矢印Ｙ方向に移動可能とされて
いる。したがって、プーリー６２が図２の反時計回り方
向に回転しているときには試料台２０は移動しないが、
プーリー６２が図２の時計回り方向に回転しているとき
には、モータ６４の回転がギア８５およびギア８６を介
して送りネジ８８に伝達され、これにより送りネジ８８
が図２の反時計回り方向に回転して試料台２０が矢印Ｙ
方向に移動する。なお、ギア８６には送りネジ８８を回
転して載置台８１を矢印Ｙ方向とは反対方向に移動する
ためのギアおよびモータからなる駆動手段（不図示）が
噛合されており、後述するように試験片１からの画像情
報の読取りが終了した後に、この駆動手段により載置台
８１が矢印Ｙ方向とは逆方向に移動されて初期位置に戻
されることとなる。また、ギア８５とギア８６とのギア
比は、後述するように１回の主走査が終了した後にモー
タ６４を駆動してプーリー６２を図２の時計回り方向に
回転し、試料台２０および光学ヘッド５０を初期位置に
戻した際に、載置台８１を所定量副走査するように設定
されている。

【００２８】ここで、主走査手段６０における取付部５
６は、図３に示すように基台１００上において矢印Ｘ方
向に延在するように配設されたレール１０１，１０２上
に載置されており、試料台２０は上述したように載置台
８１上において矢印Ｘ方向に延在するように配設された
レール８２，８３上に配置されている。これにより、モ
ータ６４が回転してエンドレスベルト６１が駆動される
と、その回転方向に応じて試料台２０および光学ヘッド
５０は互いに逆方向に移動することとなる。

【００２９】次に本実施形態の動作について説明する。
なお、動作開始前は、試料台２０および光学ヘッド５０
は初期位置にあるものとする。まず、モータ６４を駆動
することによりプーリー６２を図２における反時計回り
方向に回転して、エンドレスベルト６１を駆動する。こ
れにより、試料台２０は矢印Ｘ１方向に、光学ヘッド５
０は矢印Ｘ２方向に移動する。この際、副走査手段８０
のギア８５はワンウェイクラッチ８９によりその回転が
禁止されているため、試料台２０は矢印Ｙ方向と反対方
向に移動することはない。試料台２０および光学ヘッド
５０が移動されている期間中の各瞬間において、レーザ
光源３０からは矢印Ｘ方向に沿った方向にレーザ光Ｌが
出射されており、このレーザ光Ｌはレンズ３１により細
いビームとされ光学ヘッド５０に入射する。光学ヘッド
５０に入射した細いビーム状のレーザ光Ｌは、平面ミラ
ー５１により図示上方に反射され、孔開きミラー５２の
小孔５２ａを通過してレンズ５３に入射し、レンズ５３
を通って試料台２０上に載置された試験片１における微
小領域を照射する。

【００３０】このときレーザ光Ｌが照射された微小領域
に、蛍光色素で標識された生体由来物質が存在している
場合は、照射されたレーザ光Ｌにより蛍光色素が励起さ
れて蛍光Ｋ１を発光する。一方、当該領域に上記生体由
来物質が存在していない場合は、蛍光Ｋ１が発せられる
ことはない。

【００３１】当該領域に上記生体由来物質が存在し蛍光
Ｋ１が発光されると、この蛍光Ｋ１はその周囲に拡が
り、試験片１の下面から拡がって出射する。蛍光Ｋ１は
光学ヘッド５０のレンズ５３により図示下向きの略平行
なビームとされ、同じく光学ヘッド５０の孔開きミラー
５２に入射する。この孔開きミラー５２に入射した蛍光
Ｋ１のうち、小孔５２ａに入射した極一部の蛍光はその
まま下方に進むが、蛍光Ｋ１のビーム径に比して、小孔
５２ａの径は微小であるため、蛍光Ｋ１の大部分は孔開
きミラー５２の反射面で反射され、矢印Ｘ方向に沿った
方向に進行する。矢印Ｘ方向に進行した蛍光Ｋ１はレー
ザ光カットフィルタ４１を通過してＰＭＴ４０に入射す
る。

【００３２】なお、試験片１を照射したレーザ光Ｌのう
ち一部は、試験片１や試料台２０などで散乱・反射し、
蛍光Ｋ１と同様にＰＭＴ４０方向に進行するが、その光
路上に配設されたレーザ光カットフィルタ４１によりカ
ットされて、ＰＭＴ４０に入射することはない。

【００３３】ＰＭＴ４０に入射した蛍光Ｋ１は、ＰＭＴ
４０により光電検出され、対応する電気信号として読取
られる。ＰＭＴ４０により検出された信号は、後段の増
幅器４２により増幅され、Ａ／Ｄ変換器４３によりデジ
タル信号とされる。

【００３４】一方、以上の作用の期間中、試料台２０お
よび光学ヘッド５０は主走査手段６０によりそれぞれ矢
印Ｘ１方向および矢印Ｘ２方向に移動され続けており、
Ａ／Ｄ変換器４３により出力されたデジタル信号は、光
学ヘッド５０の移動位置毎、すなわちレーザ光Ｌが照射
した試験片１の位置毎の信号として対応付けられる。こ
の際、ロータリーエンコーダ６５によりモータ６４の回
転数が検出されており、試料台２０および光学ヘッド５
０が初期位置から所定の移動量主走査方向へ移動する回
転量がロータリーエンコーダ６５により検出されると、
制御手段がモータ６４の回転を停止する。

【００３５】このようにして試験片１についての主走査
が終了すると、主走査手段６０のモータ６４が逆方向に
駆動され、これにより試料台２０は矢印Ｘ２方向に、光
学ヘッド５０は矢印Ｘ１方向にそれぞれ移動されて初期
位置に戻る。この際、副走査手段８０のギア８５が回転
されて、送りネジ８８も回転するため、試料台２０は矢
印Ｙ方向に移動すなわち副走査される。この場合も、ロ
ータリーエンコーダ６５によりモータ６４の回転数が検
出されており、試料台２０および光学ヘッド５０が主走
査終了位置から初期位置へ移動する回転量がロータリー
エンコーダ６５により検出されると、制御手段がモータ
６４の回転を停止する。そして試料台２０および光学ヘ
ッド５０が初期位置に戻ると、上述した主走査の動作が
繰り返される。

【００３６】以上の主走査と副走査との組合せにより、
試験片１の全面に亘ってレーザ光Ｌが照射され、試験片
１の各位置に対応したデジタル信号が取得されることに
より、試験片１の、蛍光色素で標識された生体由来物質
の分布を表す画像情報が得られる。このようにして得ら
れた画像情報は、不図示のモニタに表示される。

【００３７】このように、本実施形態によれば、主走査
手段６０により試料台２０および光学ヘッド５０を互い
に逆方向に移動して画像情報の読取りを行うようにした
ため、光学ヘッド５０と試料台２０との相対的な主走査
速度をより高速にすることができ、これにより試験片１
からの画像情報の読取りをより高速に行うことができ
る。

【００３８】また、試料台２０の副走査の駆動源を、主
走査手段６０のモータ６４としているため、単一の駆動
手段により主走査および副走査を行うことができ、これ
により、装置の構成を簡易なものとすることができる。

【００３９】なお、上記実施形態においては、試料台２
０の副走査を主走査手段６０のモータ６４により行って
いるが、副走査手段８０の送りネジ８８を回転して試料
台２０の副走査を行う駆動源を別個に設け、これにより
試料台２０の副走査を行うようにしてもよい。

【００４０】また、上記実施形態において、図６に示す
ように試料台２０とは別個の試料台２５を設けるように
してもよい。この試料台２５はエンドレスベルト６１に
は取付けられていないため、主走査手段６０を駆動する
ことにより、光学ヘッド５０のみが試料台２５に対して
移動し、これにより試験片１の主走査が行われる。ま
た、試料台２５の副走査は副走査手段８０とは別個に設
けられた副走査手段９１により行われることとなる。こ
のように、主走査手段６０を駆動しても主走査方向に移
動しない試料台２５を設けることにより、試験片１に分
布する生体由来物質の粘度が非常に低いものである場合
に、生体由来物質が主走査により流れ落ちてしまうこと
を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態による画像情報読取装置の構
成を示す斜視図

【図２】図１に示す画像情報読取装置のＡ方向矢視図

【図３】図１に示す画像情報読取装置のＢ方向矢視図

【図４】図１に示す画像情報読取装置の副走査手段の構
成を示す概略図

【図５】図３のＣ方向矢視図

【図６】試料台の他の構成を示す図

【符号の説明】

１ 試験片 ２０，２５ 試料台 ３０ レーザ光源 ３１ レンズ ４０ フォトマルチプライヤ（ＰＭＴ） ４１ レーザ光カットフィルタ ５０ 光学ヘッド ６０ 主走査手段 ６１ エンドレスベルト ６４ モータ ８０ 副走査手段 ８５，８６ ギア ８８ 送りネジ Ｌ レーザ光 Ｋ１ 蛍光

フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G043 AA03 BA16 CA03 CA07 DA02 DA05 DA06 EA01 EA19 FA01 GA02 GA04 GA07 GB01 GB03 GB19 HA01 HA02 JA03 KA09 LA01 LA02 LA03 2G054 AA02 AA06 BB03 CA22 CE02 EA03 EB13 FA12 FA17 FA19 FA20 FB04 GA04 GA05 GB02 JA02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蛍光色素で標識された生体由来物質が分
   布する試料が所定の位置に配置された試料配置部と、前
   記蛍光色素を励起せしめる励起光を出射する励起光源
   と、前記蛍光色素から発光する蛍光を光電的に読取る光
   電読取手段と、前記試料に該励起光を照射せしめるとと
   もに、前記試料の該励起光の照射面から出射した前記蛍
   光を前記光電読取手段に導光せしめる光学ヘッドと、該
   光学ヘッドおよび前記試料配置部を互いに逆方向に移動
   せしめる主走査手段と、前記試料配置部を前記光学ヘッ
   ドおよび前記試料配置部の移動方向と直交する方向に移
   動せしめる副走査手段とを備えたことを特徴とする画像
   情報読取装置。
2. 【請求項２】 前記主走査手段および前記副走査手段が
   同一の駆動手段により駆動されるものであることを特徴
   とする請求項１記載の画像情報読取装置。
3. 【請求項３】 前記光学ヘッドに対する移動が禁止され
   た固定試料配置部をさらに備えたことを特徴とする請求
   項１または２記載の画像情報読取装置。
4. 【請求項４】 前記主走査手段は、前記光学ヘッドおよ
   び前記試料配置部が互いに逆方向に移動可能なように取
   付けられたエンドレスベルトと、該エンドレスベルトを
   駆動するベルト駆動手段とを備えたことを特徴とする請
   求項１から３のいずれか１項記載の画像情報読取装置。